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Um experimento simples para medir a energia irradiada pelo sol por unidade de tempo, ou seja, a potência irradiada, usando uma lata de cerveja, água e um termômetro. A teoria por trás do experimento é explicada, incluindo como calcular a energia total do sol usando uma regra de três e a equação da área da esfera atravessada pela energia irradiada pelo sol. O procedimento passo a passo do experimento também é fornecido.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de aula
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O Sol é a fonte original de toda a energia que move algo na Terra (com exceção da energia nuclear). Seu valor é altíssimo, assim como é muito alta a temperatura na superfície do Sol. Pode parecer temerário querer determinar o valor desta energia usando apenas uma lata de cerveja vazia, um termômetro e como único recurso matemático a regra de três. No entanto nós faremos exatamente isso.
Por maior que seja o valor da energia que o Sol emite, esta energia se espalha pelo espaço, e a energia que chega em uma determinada área muito distante do Sol será cada vez menor, e fácil de ser medida. Nossa “sonda espacial” será uma lata de cerveja cheia d'água aqui na Terra. Por menor que esta lata seja, a superfície que ela expõe ao Sol é uma parte minúscula de uma esfera imensa ao redor do Sol e pela qual toda a energia que o Sol emite deve forçosamente passar. É a esfera ao redor do Sol que contém a órbita terrestre. Em outras palavras, se soubermos a energia que passa pela face da lata exposta ao Sol e soubermos a fração da superfície da esfera que esta área representa, podemos determinar a energia que passa por toda a esfera e que é a energia que o Sol emite, usando uma simples regra de três.
O Sol tem forma esférica sendo a energia pelo Sol irradiada igualmente em todas as direções, tal que esta energia é propagada em forma esférica (fig 6.1). A área da esfera que é atravessada pela energia irradiada pelo Sol é:
A = 4 π R^2 (6.1)
Considerando esta energia irradiada pelo Sol incidindo na superfície da Terra, temos que R é a distância do Sol a Terra (fig. 6.2), cujo valor aproximado é: R = 150 000 000 km
Figura 6.1 - Energia irradiada pelo Sol em forma esférica
Figura 6.2- Esfera que a energia total irradiada pelo Sol atravessa ao atingir a superfície da Terra.
FÍSICA
CALORIMETRIA
No nosso experimento esta energia total irradiada pelo Sol estará incidindo sobre um corpo negro, que no nosso caso é uma lata de alumínio contendo água, revestida com tinta preta fosca. Corpo negro é o corpo que absorve toda a energia radiante que incide nele. Mede-se a energia irradiada na lata por unidade de tempo. A seguir calcula-se a energia total do Sol Etotal por unidade de tempo aplicando uma regra de três entre a área A da lata (fig. 6.4) e a área da esfera Atotal da fig. 6.2.
Obtendo: Etotal / ∆ t = (E/ ∆ t) (A (^) total/ A) (6.2)
Como a razão entre a energia e o tempo é a potência, podemos reescrever a expressão 6.2 como:
P (^) total = P (A (^) total/A) (6.3)
Figura 6.3 - Modo de exposição da lata Figura 6.4- Medida da área longitudinal (A) da lata